Моделирование превращений при аустенитизации и закалке и прогнозирование твердости высокохромистых сталей и чугунов на основе термодинамических и кинетических расчетов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат наук Созыкина Анна Сергеевна

• Созыкина Анна Сергеевна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Созыкина Анна Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 ОСОБЕННОСТИ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

1.2 ОСОБЕННОСТИ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ХРОМИСТЫХ ЧУГУНОВ

1.3 ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА СТРУКТУРУ И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ БЕЛЫХ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ ЧУГУНОВ

1.4 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ФАЗОВОГО СОСТАВА И ТВЁРДОСТИ ЗАКАЛЁННЫХ ЖЕЛЕЗО-ХРОМ-УГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

2.1 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Бе-Сг-С

2.2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА МАРТЕНСИТНОЙ ТОЧКИ И КОЛИЧЕСТВА ОСТАТОЧНОГО АУСТЕНИТА

2.3 АНАЛИЗ ДАННЫХ ПО ТВЕРДОСТИ ОТДЕЛЬНЫХ СТРУТРУРНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ И МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ОБЩЕЙ ТВЕРДОСТИ СПЛАВОВ

2.4 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 3. СРАВНЕНИЕ МОДЕЛЬНЫХ РАСЧЕТОВ С

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ. ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ МОДЕЛИ

3.1 СОБСТВЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ С ХРОМИСТЫМИ СПЛАВАМИ

3.1.1 Материалы и методика эксперимента

3.1.2 Микроструктура сплавов

3.1.3 Содержание марганца в карбидной фазе

3.1.4 Твёрдость сплавов и количество остаточного аустенита

3.2 СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛЬНЫХ РАСЧЕТОВ С СОБСТВЕННЫМИ И ЛИТЕРАТУРНЫМИ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ

3.3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХРОМОВАНАДИЕВЫХ ЧУГУНОВ И СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ С МОДЕЛЬНЫМИ РАСЧЕТАМИ

3.4 МЕТОДЫ ПОДБОРА ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАДАННОЙ ТВЕРДОСТИ НА ОСНОВАНИИ РАЗРАБОТАННОЙ МОДЕЛИ

3.5 ПОДБОР СПЛАВА ДЛЯ ПЕСКОВЫХ НАСОСОВ С ПОНИЖЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ НИКЕЛЯ

3.6 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. ВОЗМОЖНОСТИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО УТОЧНЕНИЯ

РАСЧЁТНОЙ МОДЕЛИ

4.1 КИНЕТИКА РАСТВОРЕНИЯ КАРБИДОВ ПРИ НАГРЕВЕ СПЛАВОВ

4.1.1 Модель кинетики растворения карбидов (Cr,Fe)7Cз в аустените

4.1.2 Анализ эффектов при термической обработке износостойкого чугуна, вызванных различной исходной структурой

4.2 БЛИЖНЕЕ УПОРЯДОЧЕНИЕ АТОМОВ В АУСТЕНИТЕ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА МАРТЕНСИТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ

4.3 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование превращений при аустенитизации и закалке и прогнозирование твердости высокохромистых сталей и чугунов на основе термодинамических и кинетических расчетов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Сплавы системы железо-хром-углерод с высоким содержанием хрома и углерода широко применяются в промышленности в качестве инструментальных, подшипниковых и др. сталей, а также износостойких чугунов. В этих сплавах содержатся специальные карбиды, которые и обеспечивают высокую износостойкость. Упрочняющей обработкой таких материалов является закалка с отпуском. При этом важной особенностью является сильная зависимость структуры и твёрдости сплава от температуры нагрева под закалку, обусловленная тем, что растворение специальных карбидов в ау-стените с ростом температуры обогащает последний углеродом и хромом, приводя к росту твёрдости образующегося при закалке мартенсита и одновременно к увеличению количества остаточного аустенита. Подбор составов сплавов и температурных режимов термической обработки, обеспечивающих оптимальную структуру и свойства, осуществляется опытным путём.

Известно, что долговечность деталей из износостойких сплавов системы железо-хром-углерод зависит от количества и типа карбидов хрома, состава и типа металлической матрицы, а также от условий эксплуатации. Часто хорошо зарекомендовавшие себя сплавы показывают меньшую стойкость при смене вида износа. И хотя имеется масса эмпирических данных о том, какие карбиды и составы матрицы обеспечивают лучшее сопротивление разным видам износа, но и до сих пор проводится множество исследований, направленных на разработку новых составов в зависимости от места предполагаемой работы изделия. Также существует производственная необходимость экспериментально подбирать температуру нагрева под закалку при колебании химического состава в пределах марочного.

Поэтому, как и во многих других областях металловедения, остро стоит проблема разработки методов прогнозирования структуры и свойств высокохромистых сталей и чугунов, позволяющих сократить затраты на экспериментальные исследования. С другой стороны, современный уровень развития термодинамики сплавов и кинетической теории фазовых превращений в сочетании с увеличив-

шимися возможностями компьютерной техники даёт вполне реальные возможности решения этой проблемы.

Степень разработанности темы исследования. Единая методика прогнозирования структуры и твердости высокохромистых сплавов создана впервые. Однако отдельные аспекты, на которых она базируется, разрабатывались и ранее. В частности, термодинамическому описанию системы Fe-Cr-C были посвящены исследования Я. Андерссона; Б. Ли; Б.И. Леоновича и О.И. Качуриной; закономерности кинетики выделения (растворения) фаз впервые были разработаны К. Зинером и М. Хиллертом; теория ближнего упорядочения атомов в аустените рассмотрена в работах М.А. Штремеля; Д.А. Мирзаева и А.И. Баева.

Целью работы является разработка теоретически обоснованной методики прогнозирования фазового состава и твердости сплавов Fe-Cr-C с высоким содержанием хрома и углерода на основе термодинамических и кинетических расчетов.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи.

1. Разработать базовую методику расчёта фазового состава и твёрдости сплавов системы Fe-Cr-C после закалки от различных температур с использованием термодинамического моделирования.

2. Провести проверку разработанной методики путём сравнения с экспериментальными данными и расчётов составов сплавов с заданными требованиями к структуре и твёрдости.

3. Провести уточнение методики за счёт учёта длительности выдержки сплавов при аустенитизации с использованием методов кинетической теории фазовых превращений.

4. Оценить возможности уточнения методов расчёта с учётом эффектов ближнего упорядочения атомов в аустените и его влияния на мартенситное превращение при закалке сплавов.

Научная новизна.

1. В работе на основе классических подходов термодинамики и кинетической теории фазовых превращений разработана теоретически обоснованная методика расчёта фазового состава и твёрдости сплавов системы железо-хром-углерод в закалённом состоянии, способная предсказывать соотношение структурных составляющих (мартенсита, остаточного аустенита и карбидов) в зависимости от химического состава сплава, температуры и длительности нагрева под закалку. Выведены зависимости кинетических параметров растворения карбидной фазы (Сг, Бе)7С3 в аустените во время выдержки перед закалкой от состава сплава и температуры.

2. В рамках методики получена эмпирическая зависимость положения мар-тенситной точки от химического состава аустенита, применимая в том числе для высоких значений содержания углерода и хрома.

3. Экспериментально определен коэффициент распределения марганца между аустенитом и карбидами.

4. С учетом новых термодинамических данных построена уточнённая кинетическая модель ближнего упорядочения атомов внедрения и замещения в исследуемых сплавах. Изучено влияние ближнего упорядочения на мартенситную точку.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработанная методика может быть использована для расчётного прогнозирования химических составов высокохромистых сплавов с заданными требованиями к структурному составу и твёрдости с целью значительно сократить затраты на экспериментальные исследования, а также для выбора оптимальных температур и выдержек при ау-стенитизации сплавов. В частности, с её помощью для ЗАО «Метаб» (г. Челябинск) были даны рекомендации по выплавке экономнолегированных высокохромистых чугунов, о чём свидетельствует акт внедрения (Приложение А). Результаты работы могут быть использованы для дальнейшего совершенствования методов математического моделирования фазовых превращений в сплавах. Результаты работы внедрены в учебный процесс подготовки бакалавров и магистров

по направлениям 22.03.02, 22.04.02 «Металлургия» и 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов» в виде элементов учебных курсов.

Методология и методы исследования. В теоретической части работы для термодинамического моделирования использованы современные данные о термодинамике системы Fe-Cr-C, а для моделирования кинетики превращений — классические теоретические подходы и имеющиеся в литературе надёжные экспериментальные данные. В экспериментальной части работы использовались оптический микроскоп Olympus GX51, растровый электронный микроскоп с приставкой для микрорентгеноспектрального анализа JEOL JSM-6460LV с микроанализатором химического состава, рентгеновский дифрактометр ДРОН-4, твердомер Рок-велла ТР-5014, термическое печное оборудование.

Положения, выносимые на защиту.

1. Теоретически обоснованная методика расчёта фазового состава и твёрдости сплавов системы Fe-Cr-C после закалки в зависимости от химического состава, температуры и длительности аустенитизации.

2. Эмпирическая зависимость положения мартенситной точки от химического состава аустенита, применимая в том числе для высоких значений содержания углерода и хрома.

3. Результаты экспериментального исследования микроструктуры, твёрдости, количества остаточного аустенита и коэффициента распределения между у-фазой и карбидом (Cr, Fe)7C3 дополнительного легирующего элемента — марганца в ряде сплавов на основе указанной системы.

4. Результаты расчёта кинетики ближнего упорядочения атомов внедрения и замещения в аустените и его влияния на положение мартенситной точки сплавов с учётом современных термодинамических данных.

Степень достоверности результатов работы. В работе использованы надёжные современные термодинамические параметры и классические подходы кинетической теории фазовых превращений, уточнённые применительно к изучаемой системе Fe-Cr-C на основе экспериментальных данных, как имеющихся в литературе, так и полученных автором. В практической части работы проведены

экспериментальные исследования с использованием современного сертифицированного оборудования.

Апробация работы. Результаты докладывались на VII, X и XI Международных научно-технических конференциях «Уральская школа-семинар металловедов-молодых учёных» (Екатеринбург, 2006, 2009, 2010); XX, XXI и XXIII Уральских школах металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов» (Пермь-Екатеринбург, 2010; Магнитогорск, 2012; Тольятти, 2016); XVII, XVIII и XIX Международных конференциях по химической термодинамике в России (Казань, 2009; Самара, 2011; Москва, 2013); X и XII Российских семинарах «Компьютерное моделирование физико-химических свойств стёкол и расплавов» (Курган, 2010, 2014); Международной научно-технической конференции «Современная металлургия начала нового тысячелетия» (Липецк, 2010); XXVIII Российской школе «Наука и технологии» (Миасс, 2008); ежегодных научно-технических конференциях Южно-Уральского государственного университета (2009-2017).

Личный вклад соискателя. Все приведённые в диссертации экспериментальные данные были получены лично соискателем или при его непосредственном участии. Также лично соискателем или при его непосредственном участии разрабатывались расчётные методики, производилось написание программ и компьютерные расчёты, написание статей, делались доклады на конференциях, а также формулировались выводы по работе.

Публикации. По результатам исследования опубликовано 23 печатных работы, в том числе 11 статей в рецензируемых научных журналах, входящих в список ВАК (из них 2 публикации в журналах, индексируемых Scopus) и 12 тезисов докладов на конференциях.

Поддержка работы. Исследования, результаты которых представлены в диссертации, поддерживались грантами Российского фонда фундаментальных исследований, федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», аналитической ведомственной целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы», а также

Министерством образования и науки РФ в рамках государственного задания на выполнение научных исследований (руководители проектов проф. Д.А. Мирзаев и К.Ю. Окишев). В 2017 г. соискатель был удостоен благодарности от руководства ЮУрГУ (НИУ) за выход на мировой уровень публикационной активности и личный вклад в реализацию Проекта 5-100.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по работе и 2 приложений. Работа изложена на 153 страницах, содержит 69 рисунков, 18 таблиц и списка литературы из 148 наименований.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Стали и чугуны на основе системы Бе-Сг-С с содержанием углерода более 2,5 % и с содержанием хрома более 7 % используются в качестве износостойких материалов. Хром может находится как в твердом растворе, так и в карбидах. Этот элемент может частично замещать атомы железа в орторомбическом карбиде железа (Бе, Сг)3С или образовывать карбиды хрома, в которых часть атомов хрома замещена железом: тригональный (Сг, Бе)7С3 и кубический (Сг, Бе)23С6. В а-железе хром имеет неограниченную растворимость, в у-железе растворяется до 12 %Сг. Карбиды хрома имеют значительно более высокую твердость, чем легированный хромом цементит, и это сказывается на износостойкости и прочности сплавов [1].

Наилучшим сопротивлением изнашиванию обладают сплавы с тригональ-ными карбидами (Сг, Бе)7С3. В сплавах с одинаковой матрицей износостойкость увеличивается при переходе от карбидов цементиного типа к специальным карбидам хрома. Появление в структуре кубического карбида (Сг, Бе)23С6 снижает рост износостойкости [2]. В случае белых чугунов, содержащих структуру ледебурита, их легирование хромом до концентрации примерно 5 % мало влияет на их пластичность. Но при больших концентрациях пластичность существенно возрастает, что связано с образованием иной ледебуритной структуры на основе карбида Сг7С3. В ней карбиды хрома, имеющие карандашную форму, образуют эвтектику, в которой отсутствует непрерывный карбидный скелет, что способствует повышению пластичности и ударной вязкости. Именно это обстоятельство приводит к их широкому практическому использованию. Карбид Сг7С3 имеет наивысшую среди других карбидов в системе Бе-Сг-С твердость, которая составляет от 12 до 17 ГПа, в зависимости от направления измерения [3]. Изотермические разрезы диаграммы Бе-Сг-С при различных температурах приведены на рисунках 1-3 [4].

20

" 15

о го

О

10 7

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

С, мас. %

Рисунок 1 — Изотермический разрез системы Бе-Сг-С при 850° [4], [5]

25

а^ 20

^ 15

о

го

О

10 -

1,0 1,5 С, мас. %

Рисунок 2 — Изотермический разрез системы Бе-Сг-С при 1000° [4], [5]

С, мас. %

Рисунок 3 — Изотермический разрез системы Бе-Сг-С при 1150° [4], [5]

1.1 ОСОБЕННОСТИ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Высокохромистые инструментальные стали типа Х12, 40Х13, 95Х18 и подобные им являются сталями ледебуритного класса. Концентрация углерода и хрома в твердом растворе сильно возрастает с увеличением температуры закалки. Вследствие этого снижается температура начала мартенситного превращения и растет количество остаточного аустенита в структуре после закалки. При этом твердость в зависимости от температуры нагрева под закалку изменяется по кривой с максимумом [6].

Штамповую сталь Х12 применяют для изготовления инструмента повышенной износоустойчивости. Фигуративная точка данной стали, согласно изотермическим разрезам, располагается внутри двухфазной области у + М7С3. Сталь Х12М для изготовления штампов повышенной вязкости, а также изготовления

сложных массивных штампов с минимальной деформацией при термообработке. В сталях типа Х12 температура закалки существенно влияет на размер зерна ау-стенита, твердость, количество остаточного аустенита и коэрцитивную силу. Анализ этих характеристик позволяет обосновать выбор оптимальных температур для закалки на первичную твердость. До температуры 980 °С для стали Х12, 1000 °С — для Х12Ф1 зерно растет медленно. С повышением температуры нагрева наблюдается интенсивный рост зерна [8] вследствие растворения мелких частиц карбидов, вызывающих барьерный эффект. Термическая обработка штампо-вого инструмента заключается в закалке от 1000-1050 °С (для крупных изделий) и 975-1000 °С (для мелких изделий) и последующем отпуске при 425-475 °С [6].

Термическая обработка стали Х12М должна не только обеспечивать необходимый комплекс свойств, но снижать уровень растягивающих остаточных напряжений после шлифования. Согласно [9], закалка от температуры 1080 °С с последующим трехкратным отпуском при температуре 520 °С снижает остаточные напряжения по сравнению с традиционной термической обработкой, а также повышает теплостойкость стали.

Стали типа 40Х13 и 95Х18 являются коррозионностойкими. Для создания стойкости против коррозии необходимо, чтобы в мартенсите было 11-12 %Сг [6].

Сталь 40Х13 применяется для изготовления режущего, мерительного и хирургического инструмента, пружин, подшипников и других изделий, работающих в слабоагрессивных средах. Термическая обработка этой стали заключается в закалке от температуры 1000-1050 °С, охлаждении в масле и последующем отпуске при температуре 300 °С в течении 1-3 ч [10].

Коррозионная стойкость сталей (20-65)Х13 зависит от температуры нагрева под закалку. Углерод, связывая хром в карбиды, снижает его содержание в твердом растворе и, соответственно, снижает коррозионную стойкость. Например, для стали 40Х13 нагрев под закалку ниже температуры 1050 °С приводит к снижению коррозионной стойкости [11].

Сталь 95Х18 используется для изготовления коррозионностойких подшипников в нефтяной промышленности, ножей высокого качества, втулок, вентилей и

других деталей, подвергающихся сильному износу. Эта сталь как полутеплостойкий материал наряду с достаточно высокой твердостью и износостойкостью после закалки и отпуска обладает устойчивостью против коррозии в атмосфере пара, воды и ряда кислот. Оптимальный температурный интервал закалки, обеспечивающий максимальную твердость, 1040-1060 °С. Отпуск проводится при температуре 200 °С в течении 1 ч [12]. Для термической обработки деталей подшипников, с целью получить чистую светлую поверхность без следов обезуглероживания и окисления, рекомендуется проводить нагрев под закалку в вакуумных печах [13].

1.2 ОСОБЕННОСТИ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ХРОМИСТЫХ ЧУГУНОВ

В белых чугунах, специально предназначенных для изготовления износостойких отливок, содержится 2,0-3,6 % углерода. Во избежание графитообразо-вания содержание кремния не должно превышать 1,0 % [14]. Основным легирующим элементом группы белых износостойких чугунов является хром. Его содержание в них может достигать 35 %. Максимум износостойкости белых чугунов находится при 2,5-3,5 % углерода и 15-25 % хрома [2].

Влияние хрома на матрицу чугуна сложное. Термодинамически он стабилизирует феррит и способствует полиморфному превращению Еет^Реа. Но поскольку хром замедляет диффузионные процессы, распад аустенита затрудняется, поэтому в структуре матрицы высокохромистых чугунов при комнатной температуре может сохраняться значительное количество остаточного аустенита [15].

Было создано и продолжает создаваться множество износостойких хромистых чугунов. В таблице 1 приведен химический состав некоторых промышленных износостойких белых чугунов [14]. Некоторые из этих чугунов не используются, ввиду появления новых, более эффективных по уровню механических свойств.

Таблица 1 — Примеры износостойких белых чугунов (состав в мас. %) [14]

Чугун С Сг Мп N1 Б Р Другие элементы

не более

Перлитный 2,83,5 <1,0 <1,0 <1,0 - 0,1 0,1 -

Перлитный ОИ-1 2,53,0 - 1,21,8 До 1,0 - 0,1 0,1 0,3-0,5 В

Перлитный ОИ-3 2,53,0 - 0,71,5 0,51,0 - 0,1 0,1 0,3-0,5 В 0,7-0,9 Т1

Перлитный ОИ-4 2,53,0 - 0,71,5 0,51,0 - 0,1 0,1 0,7-1,0 Т1

Хромистый ИЧХ3ТД 2,63,6 2,03,0 0,71,5 0,51,0 До 0,5 0,05 0,1 0,7-1,0 Т1 0,5-0,8 Си

Хромомарганцевый ИЧХ4Г7Д 3,03,8 3,05,0 1,41,8 6,08,0 До 0,5 0,05 0,1 До 0,7 Си

Мартенситный ни-хард 2,73,6 1,52,6 0,40,7 0,40,7 3,05,0 0,15 0,3 -

Нихард с медью 2,73,6 2,0 0,40,7 0,40,7 < 3,5 0,15 0,3 < 1,5 Си

Сплав 3-2-1 3,33,65 1,02,0 0,250,6 0,50,8 1,53,25 0,15 0,3 0,4-1,1 Мо

Нихард-4 2,83,2 7,59,0 1,52,0 0,40,6 5,56,5 0,1 0,06 -

Высокохромистый ИЧ260Х17Н3Г3 2,42,8 1422 0,50,7 1,33,5 1,83,5 0,1 0,1 -

Продолжение таблицы

Чугун C Cr Si Mn Ni S P Другие элементы

не более

Высокохромистый 15 % Cr-Mo 2,03,3 14,018,0 1,5 max 2,0 max 2,5 max 0,06 0,1 Mo 3,0 max Cu 1,2 max

Высокохромистый ИЧХ290Х12М 2,63,0 11,518,0 <0,7 0,51,0 - 0,06 0,1 1,4-1,6 Mo

Высокохромистый ИЧ290Х12Г3М 2,53,2 1215 0,40,7 3,43,9 - 0,06 0,1 0,5-0,8 Mo

Высокохромистый ИЧ290Х12Г5 2,63,0 1118 <0,7 4,55,2 - 0,06 0,1 -

Высокохромистый ИЧ300Х16МТ 2,83,2 1518 До 1,0 До 1,0 - 0,08 0,08 1,0-1,5 Mo 0,5-1,0 Ti

Высокохромистый Х-34 1,52,2 32,036,0 1,31,7 0,50,8 - 0,1 0,1 -

Высокохромистый сормайт 2,33,5 28,035,0 2,53,5 1,01,5 3,05,0 - - -

Высокохромистый мартенситный 2,252,85 24,030,0 0,51,0 0,51,25 - - - 1,0 Mo

Высокохромистый ИЧ280Х28Н2 2,73,0 28,030,0 0,71,4 0,50,8 1,53,0 0,08 0,1 -

Высокохромистый ИЧ280Х28Н2М2 2,63,0 28,030,0 0,40,8 0,41,0 1,53,0 0,05 0,1 1,8-2,2 Mo

Высокохромистый ИЧ200Х33Н3 1,72,2 32,034,0 0,71,3 До 0,5 3,03,2 0,05 0,05 -

Продолжение таблицы

Чугун С Сг Мп N1 Б Р Другие элементы

не более

Высокохромистый ИЧ300Х33Н3 2,83,2 32,034,0 0,71,3 До 0,5 3,03,2 0,05 0,05 -

Ванадиевый с ау-стенитной основой 1,54,8 <7,0 <7,0 5,017,0 8,0 - - 2,0-15,0 V <7,0 Мо <3,0 Т <0,2 N2

Ванадиевый с мар-тенситной основой 1,54,8 - - - - - - 2,0-15,0 V

Свойства износостойких хромистых чугунов существенно зависят от химического состава [14 - 17]. Подбору оптимального химического состава посвящено множество исследований. Большое количество работ по созданию износостойких чугунов проводилось и проводится с помощью экспериментального подбора состава без существенной опоры на теоретические обоснования и рекомендации. Это связано, в первую очередь, с малым количеством теоретических исследований и некоторыми противоречиями между ними. Согласно [18], в чугунах с 1824 %Сг при 2,8-3,2 %С содержится максимальное количество карбидов М7С3 при отсутствии заэвтектических. При этом концентрация хрома в этих карбидах составляет 35-40 %. При этом максимальную износостойкость (рис. 4) и ударно-абразивную стойкость имеют чугуны с содержанием хрома от 17 до 29 %. Однако максимальная износостойкость обеспечивается при содержании углерода, близком к эвтектическому, а максимальная ударно-абразивная стойкость при более низком содержании углерода (от 1,5 до 2,2 %). Также этими авторами проведено исследование влияния углерода и хрома на прочность (ои), ударную вязкость и ударно-абразивную стойкость хромистых чугунов (рис. 5). С уменьшением со-

держания углерода прочность повышается, а хром, начиная с 15 %, практически не оказывает влияния на нее.

По характеру металлической основы ледебуритные белые чугуны подразделяют на перлитные, мартенситные и аустенитные. О влиянии металлической матрицы на износостойкость данные разных авторов отличаются. По данным И.И. Цыпина [1], высокая износостойкость белых хромистых чугунов может обеспечиваться только если карбиды в матрице прочно закреплены и матрица деформируется в малой степени. В случае ферритной или перлитной структуры матрицы износостойкость чугуна низкая, даже при наличии твердых карбидов в структуре.

Согласно [19], при абразивном изнашивании более высокой износостойкостью обладает чугун, в котором карбиды расположены в наиболее твердой и вязкой матрице. Если матрица слишком мягкая — аустенитная, или слишком хрупкая — мартенситная, то карбиды могут выкрашиваться раньше, чем будет использована их потенциальная износостойкость. Для чугуна с содержанием 2,2 % С и 18-22 % Сг оптимальной температурой закалки авторы считают 1130-1180 °С. При этом содержание нестабильного аустенита достигает 60 %. Другими авторами приводятся меньшие значения содержания аустенита, обеспечивающие высокую износостойкость [20]. Они показали, что мартенситно-аустенитная матрица (с содержанием аустенита 28-32 %) для хромованадиевых чугунов обеспечивает наибольшую износостойкость.

Рисунок 4 — Абразивная (штриховые линии) и ударно-абразивная (сплошные линии) стойкость в зависимости от содержания углерода и хрома в чугуне [18]

Рисунок 5 — Влияние содержания углерода и хрома на прочность (штриховые линии) и ударно-абразивную стойкость (сплошные линии) (а) и ударную вязкость (б) чугунов [18] М.А. Филиппов и др. провели исследование чугуна 270Х16М3 после закалки от температур в диапазоне 850-1150 °С. По мере повышения температуры закалки и растворения вторичных карбидов увеличивалось количество остаточного аустенита и повышалась относительная износостойкость. Метастабильный остаточный аустенит, превращаясь в мартенсит деформации в процессе изнашивания, что видно из уменьшения количества остаточного аустенита после изнашивания,

способствует повышению износостойкости [21]. О.С. Комаров и др. также считают аустенит оптимальной структурой металлической основы высокохромистого чугуна [22]. Эти авторы проводили исследования не только износостойкости, но ударной вязкости и прочности (временного сопротивления разрыву) в зависимости от типа металлической основы для сплавов с содержанием углерода в диапазоне 1,9-3,0 % при содержании хрома 18-20 %. С увеличением количества остаточного аустенита в структуре металлической основы повышаются ударная вязкость, прочность и износостойкость. Мартенситная структура матрицы повышает прочность отливок, но снижает ударную вязкость и износостойкость высокохромистых чугунов по сравнению с аустенитно-мартенситной.

По данным В.М. Колокольцева [2], высоколегированные чугуны с 2,5 %С и метастабильным аустенитом практически непригодны для работы в условиях ударно-абразивного износа. Лучшая износостойкость при испытаниях лопастей на дробеметных аппаратах была у образцов с мартенситной основой. Однако, при абразивно-ударном трении присутствие в металлической основе 5-10 % аустенита необходимо для придания чугуну определенной вязкости. Повышение износостойкости с увеличением количества мартенсита в структуре матрицы отмечают также О.В. Петраков и А.Н. Поддубный [23].

М.Е. Гарбер и др. проводили исследование влияния микротвердости металлической основы на износостойкость чугуна ИЧХ12М [24]. При одинаковых характеристиках карбидной составляющей износостойкость линейно связана с микротвердостью основы и не зависит от ее химического состава. Также авторы отмечают, что некоторые чугуны с метастабильной аустенитной основой могут в определенных условиях износа обладать такой же износостойкостью, как и мар-тенситные. То есть, по мнению авторов, изнашиванию сопротивляется не мягкий и не прочный аустенит, а твердый и прочный мартенсит. А возможность превращения метастабильного аустенита в мартенсит зависит от легированности и степени деформации при износе, которые трудно учесть. Поэтому для надежного получения максимальной износостойкости следует стремится к получению сплавов с мартенситной основой.

Такое разнообразие данных о влиянии структуры металлической матрицы на износостойкость связано, в первую очередь, с различными условиями испытаний на износ. Другим немаловажным фактором является различие в стабильности аустенита обусловленное, например, влиянием легирующих элементов.

1.3 ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА СТРУКТУРУ И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ БЕЛЫХ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ ЧУГУНОВ

Марганец вводят в износостойкие хромистые чугуны для увеличения их прокаливаемости. Износостойкие чугуны, легированные марганцем, имеют высокие значения пластичности и вязкости [2]. С повышением содержания марганца в хромистых чугунах уменьшается скорость изотермического превращения как в перлитной, так и в промежуточной областях, температурный интервал превращения сужается, а температура, соответствующая минимальной устойчивости аусте-нита, понижается. При этом понижается также температура начала мартенситного превращения чугунов и увеличивается количество остаточного аустенита в структуре [25]. На рисунке 6 показано влияние содержания марганца на температуру начала мартенситного превращения, структуру и износостойкость хромистых чу-гунов полученное этими авторами. Видно снижение износостойкости с увеличением содержания марганца. Однако по данным Б. А. Кириевского марганец замещает в твердом растворе железо и изменяет природу аустенита. Он повышает его способность к наклепу при пластической деформации. При содержании марганца до 4 % метастабильный аустенит способствует повышению износостойкости сплава. Дальнейшее увеличение содержания марганца приводит к устойчивости аустенита и, как следствие, к понижению износостойкости [19].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Созыкина Анна Сергеевна, 2018 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Цыпин, И.И. Белые износостойкие чугуны / И.И.Цыпин. — М.: Металлургия, 1983. — 176 с.

2. Абразивная износостойкость литых сталей и чугунов / В.М. Колокольцев, В.В. Бахметьев, К.Н. Вдовин, В.А. Куц. — Москва, 1997. — 148 с.

3. Мирзаева, Н.М. Изыскание материала и режимов термообработки литого инструмента для резания графита: дисс. ... кандидата технических наук / Н.М. Мирзаева. — Челябинск, 1976.

4. Металловедение и термическая обработка стали: Справочник. В 2-х тт. / Под ред. М.Л.Бернштейна и А.Г.Рахштадта. Т. 1. — М.: Металлургиздат, 1961. — 748 с.

5. Bungardt, K. / Archiv für das Eisenhüttenwesen // Bungardt K., Kunze E., Horn E., 1958, Bd. 29, N. 3, S. 193-203.

6. Жуков, А. А. Износостойкие отливки из комплексно-легированных белых чугунов / А.А.Жуков, Г.И.Сильман, М.С.Фрольцов. — М.: Машиностроение, 1984. — 104 с.

7. Геллер, Ю.А. Инструментальные стали / Ю.А.Геллер. — М.: Металлургия, 1983. — 527 с.

8. Позняк, Л.А. Штамповые стали для холодного деформирования / Л.А.Позняк. — М.: Металлургия, 1966. — 147 с.

9. Фукс-Рабинович, Г.С. Влияние структурных характеристик контактных поверхностей на работоспособность вырубных штампов / Г.С.Фукс-Рабинович, А.Н.Кузнецов, К.С.Леник и др. // Кузнечно-штамповое производство. — 1990. — № 9. — С. 25-27.

10. Феофилов, Р.Н. Мартенситные коррозионностойкие стали в производстве медицинских инструментов: Обзорная информация / Р.Н.Феофилов. — ЦБНТИ Медпром. — 1980. — №5, 82 с.

11. Боголюбский, С.Д. Коррозионная стойкость сталей для изготовления ножей / С.Д.Боголюбский, В.В.Гук, А.П.Шлямнев // МиТОМ. — 2001. — № 7. — С. 10-12.

12. Кукарцева, Л.П. Влияние режима термической обработки на структуру и твердость стали 95Х18 / Л.П.Кукарцева, В.Г.Чикина, З.Г.Щупова // Сталь. — 1979. — № 1. — С. 65-66.

13. Попов, О. А. Вакуумная закалка деталей подшипников из стали 95Х18 / О.А.Попов, А.Н.Красильникова // МиТОМ. — 1977. — № 8. — С. 2-4.

14. Гарбер, М.Е. Износостойкие белые чугуны / М.Е.Гарбер — М.: Машиностроение, 2010. — 280 с.

15. Жуков, А. А. Износостойкие отливки из комплексно-легированных белых чугунов / А.А.Жуков, Г.И.Сильман, М.С.Фрольцов — М.: Машиностроение, 1984. — 104 с.

16. Рожкова, Е.В. Влияние карбидов на износостойкость хромистых чугунов / Е.В.Рожкова, Л.Я.Козлов, Л.М. Романов и др. // Труды ЦНИИТЭИТЯЖМАШ. — 1981. — № 14-81-19.

17. Емелюшин, А.Н. Металловедение, физика и механика применительно к процессу обработки графитированных материалов. Структура и износостойкость инструментов: Монография / А.Н.Емелюшин, Д.А.Мирзаев, Н.М.Мирзаева, Е.В.Петроченко, Н.В.Копцева; под общ. редакцией А.Н. Емелюшина и Д. А. Мир-заева. — Магнитогорск: МГТУ, 2002. — 200 с.

18. Рожкова, Е.В. Оптимизация составов износостойких хромистых чугунов / Е.В.Рожкова, О.М.Романов // МиТОМ. — 1984. — № 10.— С. 45-50.

19. Кириевский, Б. А. Влияние легирующих элементов на структуру и стойкость высокохромистого чугуна при абразивном изнашивании / Б.А.Кириевский, Л.Г.Смолякова, Н.Я.Костинская //Литые износостойкие материалы: сборник научных трудов. Киев: ИПЛ АН УССР, 1978. — С. 45-53.

20. Петроченко, Е.В. Влияние химического состава, условий кристаллизации и режимов термической обработки на особенности микроструктуры, механические и специальные свойства белых хромованадиевых чугунов /

Е.В.Петроченко, Т.С.Валишина // Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 2009. — № 2. — С. 39-42.

21. Филиппов, М.А. Влияние фазового состава матрицы на износостойкость белого хромистого чугуна. / М.А.Филиппов, Г.Н.Плотников, П.Лхагвадорж // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. — 2001. — № 6. — С. 75-76.

22. Комаров, О.С. Связь микроструктуры со свойствами высокохромистых чугунов / О.С.Комаров, В.М.Садовский, Н.И.Урбанович, С.В.Григорьев // МиТОМ. — 2003. — № 07. — С. 20-23.

23. Петраков, О.В. Структура белых износостойких легированных чугунов / О.В.Петраков, А.Н.Поддубный // МиТоМ. — 2007. — № 8. — С. 36-38.

24. Гарбер, М.Е. Влияние структуры на износостойкость белых чугунов / М.Е.Гарбер, Л.И.Леви, Е.В.Рожкова, И.И.Цыпин // МиТОМ. — 1968. — № 11. — С. 48-52.

25. Рожкова, Е.В. Влияние марганца на превращение аустенита белых хромистых чугунов / Е.В.Рожкова, М.Е.Гарбер, И.И.Цыпин // МиТОМ. — 1981. — №1. — С. 48-51.

26. Петроченко, Е.В. Особенности кристаллизации, формирования структуры и свойств износостойких и жаростойких чугунов в различных условиях охлаждения: дисс. ... доктора технических наук / Е.В.Петроченко — Магнитогорск, 2012.

27. Макаров, А.В. Повышение износостойкости сплавов железа за счет создания метастабильных и нанокристаллических структур: дисс. ... доктора технических наук / А.В.Макаров — Челябинск, 2009.

28. Saunders, N. CALPHAD (Calculation of Phase Diagrams): A Comprehensive Guide / N.Saunders, A.P.Miodownik // (Pergamon Materials Series. Vol. 1). — Elsevier Science Ltd. — 1998. — 480 pp.

29. Lukas, H.L. Computational Thermodynamics: The Calphad Method / H.L.Lukas, S.G.Fries, B.Sundman // Cambridge University Press. — 2007. — 324 pp.

30. Hillert, M. Phase Equilibria, Phase Diagrams and Phase Transformations: Their Thermodynamic Basis. (2nd Edition) / Hillert M. // Cambridge University Press. — 2008. — 510 pp.

31. Shi, P.-F. Computational Thermodynamics and Kinetics in Materials Modelling and Simulations / P.-F.Shi, A.Engstrom, L.Hoglund , Q.Chen, B.Sundman, J.Agren, M.Hillert // Journal of Iron and Steel Research International. - 2007. - v. 14, No. 5, Suppl. 1. — pp. 210-215.

32. Andersson, J.-O. Thermo-Calc & DICTRA, computational tools for materials science / J.-O.Andersson, T.Helander, L.Hoglund, B.Sundman // Calphad. — 2002. — v. 26, No. 2. — pp. 273-312.

33. Huang, Z. A computational interface for thermodynamic calculations software MTDATA / Z.Huang, P.P.Conway, R.C.Thomson, A.T.Dinsdale, J.A.J.Robinson // Calphad, 2008, v. 32, No. 1, pp. 129-134.

34. Леонович, Б.И. Термодинамический анализ системы железо-хром-углерод / Б.И.Леонович, В.Е.Серебряков, Н.Р.Фраге, А.П.Картавцев // Изв. вузов. Чёрная металлургия. — 1989. — № 1. — С. 4-10.

35. Леонович, Б.И. Термическая устойчивость фаз в сплавах системы железо-хром-углерод / Б.И.Леонович, О.И.Качурина, Г.Г.Михайлов, Т.Д.Козырева // Изв. вузов. Чёрная металлургия. — 1991. — № 3. — С. 4-7.

36. Качурина, О.И. Термодинамика фазовых равновесий в металлических сплавах, содержащих углерод: Автореф. дисс. ... кандидата хим. наук / О.И.Качурина — Челябинск, 2001. — 23 с.

37. Леонович, Б.И. Термодинамический анализ и фазовые равновесия в системе железо-хром-углерод / Б.И.Леонович // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». — 2009. — № 36, вып. 13. — С. 4-12.

38. Andersson, J.-O. A thermodynamic evaluation of the Fe-Cr-C system / J.-O.Andersson // Met. Trans. — 1988. — v. 19A, No. 3. — pp. 627-636.

39. Lee, B.-J. On the stability of Cr carbides / B.-J.Lee // Calphad. — 1992. — v. 16, No. 2. — pp. 121-149.

40. Попов, В.В. Моделирование превращений карбонитридов при термической обработке сталей / В.В.Попов — Екатеринбург: УрО РАН, 2003. — 380 с.

41. Lee, B.-J. A thermodynamic evaluation of the Fe-Cr-V-C system / B.-J.Lee, D.N.Lee // J. of Phase Equilibria. — 1992. — v. 13, No. 4. — pp. 349-364.

42. Bratberg, J. An experimental and theoretical analysis of the phase equilibria in the Fe-Cr-V-C system / J.Bratberg, K.Frisk // Met. and Mat. Trans. — 2004. — v. 35A, No. 12. — pp. 3649-3663.

43. Hillert, M. The Regular Solution Model for Stoichiometric Phases and Ionic Melts / M.Hillert, L.-I.Staffansson // Acta Chemica Scandinavica. — 1970. — v. 24, No. 10. — pp. 3618-3626.

44. Sundman, B. A Regular Solution Model for Phases with Several Components and Sublattices Suitable for Computer Applications / B.Sundman, J.Agren // Journal of Physics and Chemistry of Solids. — 1981. — v. 42, No. 4. — pp. 297-304.

45. Михайлов, Г.Г. Термодинамика металлургических процессов и систем / Г.Г.Михайлов, Б.И.Леонович, Ю.С.Кузнецов — М.: МИСиС, 2009. — 520 с.

46. Демидович, Б.П. Основы вычислительной математики / Б.П.Демидович, И.А.Марон — М.: Наука, 1966. — 664 с.

47. Кауфман, Л. Расчёт диаграмм состояния с помощью ЭВМ / Л.Кауфман, Х.Бернстейн - М.: Мир, 1972. - 328 с.

48. Попов, А.А. Структурные превращения и механические свойства хро-моникельмолибденовых сталей / А.А.Попов, Н.П.Нагорнов // Проблемы конструкционной стали. - М.; Л.: Машгиз, 1949. - С. 187-203.

49. Andrews, K.W. Empirical Formulae for the Calculation of Some Transformation Temperatures / K.W.Andrews // Journal of the Iron and Steel Institute. - 1965. - V. 203. - Pt. 7. - Pp. 721-727.

50. Steven, W. The Temperature of Formation of Martensite and Bainite in Low-Alloy Steels: Some Effects of Chemical Composition / W.Steven, A.G.Haynes // Journal of the Iron and Steel Institute. - 1956. - V. 183. - Pt. 4. - Pp. 349-359.

51. Carapella, L.A. Computing A'' or Ms (Transformation Temperature on Quenching) from Analysis / L.A.Carapella // Metal Progress. - 1944. - V. 46. - No. 1. -P. 108.

52. Payson, P. Martensite Reactions in Alloy Steels / P.Payson, C.H.Savage // Transactions ASM. - 1944. - V. 33. - Pp. 261-275.

53. Rowland, E.S. The Application of Ms Points to Case Depth Measurement / E.S.Rowland, S.R.Lyle // Transactions ASM. - 1946. - V. 37. - Pp. 27-46.

54. Grange, R.A. The Temperature Range of Martensite Formation / R.A.Grange, H.M.Stewart // Transactions AIME. - 1946. - V. 167. - Pp. 467-490.

55. Nehrenberg, A.E. / A.E.Nehrenberg // Transactions AIME. - 1946. - V. 167. - Pp. 494-498.

56. Кунитакэ, Т. Предсказание точек превращений Ac1, Ac3 и Ms в стали при помощи эмпирических формул / Т.Кунитакэ // Нэцу сёри. - 2001. - Т. 41. - № 3. -С.164-169.

57. Eldis, G.T. A Critical Review of Data Sources for Isothermal Transformation and Continuous Cooling Transformation Diagrams / G.T.Eldis // Hardenability Concepts with Applications to Steel / ed. by D.V. Doane, J.S. Kirkaldy. - Met. Soc. AIME, 1978. - Pp. 126-148.

58. Артингер, И. Инструментальные стали и их термическая обработка: Справочник. Пер. с венг. / И.Артингер - М.: Металлургия. — 1982. - 312 с.

59. Стеблов, А.Б. Статистическая оценка влияния химического состава на начало мартенситного превращения в инструментальных сталях / А.Б.Стеблов, Е.И.Понкратин, Д.В.Ленартович // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2007. - Т. 73. - № 8. - С. 47-48.

60. Воробьёв, В.Г. Термическая обработка стали при температуре ниже нуля / В.Г.Воробьёв — М.: Оборонгиз. — 1954. — 308 с.

61. Гуляев, А.П. Термическая обработка стали / А.П.Гуляев — М.: Машгиз, 1960. — 496 с.

62. Dieck, S. Reversed austenite for enhancing ductility of martensitic stainless steel // S.Dieck, P.Rosemann, A.Kromm, T.Halle / IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. — 2017. — 181

63. Tsuchiyama, T. Microstructure Control of a Low Carbon Martensitic Stainless Steel by Quenching and Partitioning Heat Treatment // T.Tsuchiyama, J.To-bata, T.Tao, N.Nakada, S.Takaki / Materials Science Forum Vols. — 706-709.

64. MOLA, J. Quenching and Partitioning (Q&P) Processing of Martensitic Stainless Steels // J.MOLA, B.C.DE COOMAN / METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS. — 2013. — 44A. — Pp.946-967.

65. Счастливцев, В.М. Структура термически обработанной стали / В.М.Счастливцев, Д.А.Мирзаев, И.Л.Яковлева — М.: Металлургия, 1994. — 288 с.

66. Koistinen, D.P. A General Equation Prescribing the Extent of the Austenite-Martensite Transformation in Pure Iron-Carbon Alloys and Plain Carbon Steels / D.P.Koistinen, R.E.Marburger // Acta Metallurgica - 1959. - V. 7. - No. 1. - Pp. 5960.

67. Гуляев, А.П. Инструментальные стали: справочник / А.П.Гуляев, К.А.Малинина, С.М.Саверина. — М.: Машиностроение, 1975. — 272 с.

68. Раузин, Я.Р. Термическая обработка хромистой стали / Я.Р.Раузин — М.: Машиностроение, 1978. — 280 с.

69. Морозов, О.П. О некоторых закономерностях превращения в железе при охлаждении с высокими скоростями / О.П.Морозов, Д.А.Мирзаев, М.М.Штейнберг // Физика металлов и металловедение. — 1971. — т. 32, вып. 6. — С. 1290-1296.

70. Блантер, М.Е. Мартенситные превращения и механическое состояние фаз / М.Е.Блантер // МиТОМ. - 1975. - № 5. - С. 7-11.

71. Меташоп, Л. А. Наклёп, рекристаллизация и разупрочнение легированного аустенита / Л.А.Меташоп, М.Е.Блантер // Металловедение и обработка металлов. — 1957. — № 5. — С. 15-23.

72. Золоторевский, В. С. Механические свойства металлов: Учебник для вузов / В. С. Золоторевский — М.: МИСиС, 1998. — 398 с.

73. Журавлёв, В.Н. Машиностроительные стали: Справочник / В.Н.Журавлёв, О.И.Николаева — М.: Машиностроение, 1992. — 480 с.

74. Пикеринг, Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей: Пер. с англ. / Ф.Б.Пикеринг — М.: Металлургия, 1982. — 184 с.

75. Металловедение. Сталь: Справ. изд. в 2-х тт., 4-х кн. Пер. с нем. / Т. 2. Применение. Кн. 2. — М.: Металлургия, 1995. — 399 с.

76. Ульянин, Е.А. Коррозионностойкие стали и сплавы: Справ. изд. / Е.А.Ульянин — М.: Металлургия, 1991. — 256 с.

77. Давыдов, Н.Г. Высокомарганцевая сталь / Н.Г.Давыдов — М.: Металлургия, 1979. — 176 с.

78. Материалы в машиностроении. Выбор и применение: Справочник в 5 тт. / Т. 3. Специальные стали и сплавы. — М.: Машиностроение, 1968. — 448 с.

79. Блантер, М.Е. К вопросу о природе мартенситного превращения / М.Е.Блантер, П.В.Новичков // Металловедение и обработка металлов. — 1957. — № 6. — С. 11-14.

80. Емелюшин, А.Н. Разработка нового класса ледебуритных сплавов для инструментов, обрабатывающих неметаллические материалы в условиях умеренного нагрева режущей кромки: Дисс. ... доктора технических наук / А.Н.Емелюшин — Магнитогорск, 2000. — 279 с.

81. Ковальченко, М. С. Анизотропия микротвёрдости поликристаллических карбидов переходных металлов VI группы / М.С.Ковальченко, Ю.И.Роговой // Порошковая металлургия. — 1971. — № 2. — С. 93-99.

82. Чугун: Справочник. / Под ред. А.Д.Шермана и А.А.Жукова. — М.: Металлургия, 1991. — 574 с.

83. Дондик, И.Г. Механические испытания металлов: Справочник / И.Г.Дондик — Киев: Изд-во АН УССР, 1962. — 228 с.

84. Тылкин, М.А. Справочник термиста ремонтной службы / М.А.Тылкин — М.: Металлургия, 1981. — 648 с.

85. Hardness Conversions for Hardened Steel // Metal Progress. — 1944. — v. 45. No. 3. — P. 502B.

86. Leckie-Ewing, P. A study of the microhardness of the major carbides in some high speed steels / P.Leckie-Ewing // Transactions of the ASM, 1952. — v. 44. — Pp. 348-366.

87. Коррозионностойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы: справ. изд. / А.П.Шлямнев и др. — М.: Интермет Инжиниринг, 2000. — 232 с.

88. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна: Справочник. / Под ред. акад. Н.Т.Гудцова, М.Л.Бернштейна, А.Г.Рахштадта. — М.: Металлург-издат, 1957. — 1204 с.

89. Машиностроение: Энциклопедический справочник. Раздел 2: Материалы машиностроения. Т. 3. / Отв. ред. И.А.Одинг. — М.: Машгиз, 1947. — 712 с.

90. Попова, Т.Н. Инструментальная коррозионностойкая сталь 50Х14МФ / Т.Н.Попова, Г.А.Хасин, Г.П.Никитина и др. // Сталь. — 1986. — № 12 — С. 8991.

91. Кусака, К. Об особенностях термической обработки нержавеющей подшипниковой стали 14Cr-4Mo / К.Кусака, К.Мураи. // Тэцу то хаганэ. - 1964. - Т. 50. - № 4. - С. 635-636.

92. Пань Цзуи. Влияние термической обработки на микроструктуру и свойства штамповой стали 1.6C-10Cr / Пань Цзуи, Ши Жунцай, Лэн Гуанжун и др. // Цзиньшу жэчули. - 2002. - Т. 27. - № 1. - С. 5-8.

93. Попов, А. А. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита: справочник термиста / А.А.Попов, Л.Е.Попова // М.: Металлургия, 1965. — 496 с.

94. Atlas zur Wärmebehandlung der Stähle / F.Wever, A.Rose, W.Peter, W.Strassburg, L.Rademacher — Düsseldorf: Verlag Stahleisen m.b.H., 1961.

95. Буркин, В.С. Влияние содержания углерода на физико-механические свойства коррозионно-стойких сталей мартенситного класса / В.С.Буркин, Т.М.Пономарева, Ю.И.Дьяков, А.И.Гришина // Подшипниковые стали и сплавы.

Совершенствование технологии их термической обработки: Сб. науч. тр. — М.: Специнформцентр НПО ВНИПП, 1987. — № 1. — С. 94-99.

96. Koryagin, Yu.D. Optimization of Chemical Composition and Heat Treatment of High-Carbon Iron Alloys with 14 % Chromium and 3 % Vanadium / Yu.D.Koryagin, K.Yu.Okishev, A.S.Sozykina // Materials Science Forum. — 2016. — vol. 843. — Pp. 111-116.

97. Мирзаев, Д. А. Влияние скорости охлаждения на положение мартенсит-ных точек. Углеродистые стали / Д.А.Мирзаев, М.М.Штейнберг, Т.Н.Пономарёва,

B. М. Счастливцев. // Физика металлов и металловедение. - 1979. - Т. 47. - Вып. 1. - С. 125-135.

98. Мирзаев, Д. А. Гамма^-альфа превращение в низкоуглеродистых сплавах Fe-Cr / Д.А.Мирзаев, С.Е.Карзунов, В.М.Счастливцев, И.Л.Яковлева, Е.В.Харитонова // Физика металлов и металловедение. - 1986. - Т. 61. - Вып. 2. -

C.331-338.

99. Мирзаев, Д. А. Особенности мартенситного и бейнитного превращения в хромистых сталях / Д.А.Мирзаев, С.Е.Карзунов, В.М.Счастливцев, И.Л.Яковлева, Е.В.Харитонова // Физика металлов и металловедение. - 1986. - Т. 62. - Вып. 2. -С. 318-327.

100. Счастливцев, В.М. Структура термически обработанной стали / В.М.Счастливцев, Д.А.Мирзаев, И.Л.Яковлева. - М.: Металлургия, 1994. - 288 с.

101. Розанов, А.Н. Влияние углерода и температуры закалки стали на твёрдость мартенсита / А.Н.Розанов // ДАН СССР. — 1957. — т. 115, № 4 — С. 721722.

102. Долговечность оборудования огнеупорного производства / В.С.Попов, Н.Н.Брыков, Н.С.Дмитриченко, П.Г.Приступа. — М.: Металлургия, 1978. — 232 с.

103. Косицына, И.И. Закономерности формирования структуры и свойств высокопрочных аустенитных сталей разных систем легирования с карбидным упрочнением: Дисс. ... доктора технических наук / И.И.Косицына — Екатеринбург, 2004. — 259 с.

104. Maratray, F. Atlas: courbes de tranformation de fontes blanches au chrome et au chrome-molybdène / F.Maratray, R.Usseglio-Nanot — Paris: Climax Molybdenum S.A., 1970. — 198 pp.

105. Накадзава, К. Влияние условий аустенитизации на точку Ms заэвтекто-идных легированных сталей / К.Накадзава // Нихон киндзоку гаккайси, 1963. — т. 27. — № 6. — С. 245-250. (Реферат см.: МиТОМ. — 1964. — № 6. — С. 62-63.).

106. Wert, C. Interference of growing spherical precipitate particles / C.Wert, C.Zener // J. Appl. Phys. — 1950. — v. 21, No. 1. — Pp. 5-8.

107. Bowen, A.W. Solute Diffusion in Alpha- and Gamma-Iron / A.W.Bowen, G.M.Leak // Met. Trans. — 1970. — v. 1, No. 6. — Pp. 1695-1700.

108. Грузин, П. Л. Диффузия кобальта, хрома и вольфрама в железе и стали / П. Л .Грузин // ДАН СССР. — 1954. — т. 94, № 4. — С. 681-684.

109. Герцрикен, С. Исследование диффузии хрома в сплавах железо-хром с примесями / С.Герцрикен, И.Дехтяр // ЖТФ. — 1950. — т. 20, вып. 8. — С. 10051014.

110. Hillert, M. Solid State Phase Transformations / M.Hillert // Jernkontorets Annaler. — 1957. — v. 141, No. 11. — Pp. 757-790.

111. Zener, C. Kinetics of the Decomposition of Austenite / C.Zener // Trans. AIME. — 1946. — v. 167. — Pp. 550-583.

112. Hillert, M. Solid State Phase Transformations / M.Hillert // Jernkontorets Annaler. — 1957. — v. 141, No. 11. — Pp. 757-790.

113. Окишев, К.Ю. Изменение структуры и твёрдости высокохромистых сталей и чугунов с температурой нагрева под закалку / К.Ю.Окишев, А.С.Созыкина // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». — 2011. — № 14, вып. 16. — С. 67-70.

114. Мирзаев, Д.А. Термическая обработка отливок из белого износостойкого чугуна / Д.А.Мирзаев, Ю.Д.Корягин, А.А.Куликов, А.С.Созыкина // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». — 2013. — том 13, № 2. — С. 111-115.

115. Окишев, К.Ю. Теория и моделирование кинетики фазовых превращений и структура фаз в сплавах железа: Дисс. ... доктора физико-математических наук / К.Ю.Окишев — Челябинск. — 2013. — 296 с.

116 Штейнберг, С.С. Исследование превращения аустенита в углеродистых и некоторых специальных сталях при низких температурах / С.С.Штейнберг, В.И.Зюзин // Металлург. — 1936. — № 8. — С. 3-15.

117. Мирзаев, Д.А. Анализ связанного с изменением ближнего порядка влияния скорости охлаждения на мартенситную точку / Д.А.Мирзаев, А.И.Баев, В.М.Счастливцев // ФММ. — 1988. — т. 66, вып. 6.— С. 1216-1218.

118. Мирзаев, Д. А. Роль ближнего упорядочения в стабилизации аустенита легированных сталей / Д.А.Мирзаев, А.И.Баев, В.М.Счастливцев // ФММ. — 1990. — т. 69, вып. 2. — С. 128-133.

119. Баев, А.И. Влияние процессов ближнего упорядочения на мартенсит-ную точку легированных сталей / А.И.Баев, Д.А.Мирзаев, В.М.Счастливцев // ФММ. — 1991. — т. 71, вып. 6. — С. 164-172.

120. Штремель, М.А. Ближний порядок в тройных твёрдых растворах замещения-внедрения / М.А.Штремель, Ю.А.Крупин, Е.Б.Зарецкий // ФММ. — 1978. — т. 46, вып. 5. — С. 984-993.

121. Мирзоев, А. А. Расчёт параметров стабильности ГЦК-растворов Fe-Cr с использованием результатов первопринципного моделирования / А. А. Мирзоев, М.М.Ялалов, Д.А.Мирзаев // ФММ. — 2007. — т. 103, № 1. — С. 86-90.

122. Мирзаев, Д. А. Ближнее упорядочение в твёрдых растворах железо-марганец-углерод / Д.А.Мирзаев, К.Ю.Окишев, А.С.Созыкина, А.А.Мирзоев // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». — 2009. — № 36. — вып. 13. — С. 46-50.

123. Мирзаев, Д.А. Ближнее упорядочение в бинарных сплавах железо-хром и железо-марганец и его влияние на мартенситное превращение / Д.А.Мирзаев, К.Ю.Окишев, А.А.Мирзоев и др. // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия», 2008, № 9, вып. 10, с. 25-30.

124. Мирзаев, Д. А. Термодинамика мартенситного превращения в сплавах Fe-C / Д.А.Мирзаев, В.М.Счастливцев, А.Г.Тайзетдинова // ФММ. — 1987. — т. 63, вып. 5. — С. 943-950.

125. Мирзаев, Д. А. Ближнее упорядочение атомов и мартенситное превращение в сталях, легированных хромом / Д.А.Мирзаев, К.Ю.Окишев, А.С.Созыкина, А.А.Мирзоев // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». — 2008, № 24. — вып. 11. — С. 32-38.

126. Wada, T. Activity of Carbon and Solubility of Carbides in the FCC Fe-Mo-C, Fe-Cr-C and Fe-V-C Alloys / T.Wada, H.Wada, J.F.Elliot, I.Chipman // Met. Trans. — 1972. — v. 3, No. 11. — P. 2865-2872.

127. Мирзаев, Д. А. Особенности мартенситного и бейнитного превращения в хромистых сталях / Д.А.Мирзаев, С.Е.Карзунов, В.М.Счастливцев, И.Л.Яковлева, Е.В.Харитонова // ФММ. 1986. — т. 62, вып. 2. — С. 318-327.

128. Alberry, P.J. Interdiffusion of Cr, Mo and W in Iron / P.J.Alberry, C.W.Haworth // Metal Science. — 1974. — v. 8. — Pp. 407-412.

129. Криштал, М.А. Механизм диффузии в железных сплавах / М.А.Криштал — М.: Металлургия. — 1972. — 400 с.

130. Мирзаев, Д.А. Влияние ближнего упорядочения на положение мартен-ситных точек хромистых сталей / Д.А.Мирзаев, А.И.Баев, В.М.Счастливцев // Известия АН СССР. Металлы. — 1989. — № 4. — С. 109-113.

131. Мирзаев, Д.А. Влияние ближнего упорядочения на мартенситное превращение в сплавах железо-никель-углерод / Д.А.Мирзаев, К.Ю.Окишев, А.С.Созыкина, И.В.Лапина // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». — 2011. — № 36. — вып. 17. — С. 61-65.

132. Блантер, М.Е. Мартенситные превращения и механическое состояние фаз / М.Е.Блантер // МиТОМ. — 1975. — № 9. — С. 7-10.

133. Могутнов, Б.М. Термодинамика железоуглеродистых сплавов / Б.М.Могутнов, И.А.Томилин, Л.А.Шварцман — М.: Металлургия. — 1972. — 328 с.

134. Kaufman, L. Calculation of the binary phase diagrams of iron, chromium, nickel and cobalt / L.Kaufman, H.Nesor // Z. Metallkunde. - 1973. - Bd. 64. - H. 4. -S. 255.

135. Гольдштейн, М.И. Специальные стали / М.И.Гольдштейн, С.В.Грачев, Ю.Д.Векслер. — М.: Металлургия. — 1985. — 405 с.

136. Замбржицкий, В.Н. Влияние термической и радиационной обработки аустенита на мартенситное превращение в сплавах Fe-Ni / В.Н.Замбржицкий, О.П.Максимова, П. Л.Грузин, Ю.Л.Родионов, Г.Г.Исфандияров, В.Н.Селезнев // ФММ. - 1980. - Т. 49. - Вып. 3. - С. 562-572.

137. Журавлёв, Л.Г. О влиянии дисперсных частиц на мартенситное превращение / Л.Г.Журавлёв, М.М.Штейнберг, Ю.Б.Пейсахов // Термическая обработка и физика металлов. Вып. 4. - Свердловск: УПИ, 1978. - С. 30-34.

138. Лысак, Л.И. Влияние структурного состояния аустенита на характеристики магнитного превращения в никелевой стали / Л.И.Лысак, В.Е.Данильченко, В.А.Охрименко // Доклады АН СССР. - 1981. - Т. 257. - № 6. - С. 1367-1369.

139. Benz, R. Thermodynamics of the Fe-Mn-C System from Solid State EMF Measurements / R.Benz // Met. Trans. - 1974. - V. 5. - No. 10. - Pp. 2217-2224.

140. Massardier, V. Mn-C interaction in Fe-C-Mn steels: study by thermoelectric power and internal friction / V.Massardier, E.Le Patezour, M.Soler, J.Merlin // Met. and Mat. Trans. A. - 2005. - V. 36A. - No. 7. - Pp. 1745-1755.

141. Oda, K. Local interactions in carbon-carbon and carbon-M (M: Al, Mn, Ni) atomic pairs in FCC y-iron / K.Oda, H.Fujimura, H.Ino // J. Phys.: Cond. Matter. -1994. - V. 6. - No. 3. - Pp. 679-692.

142. Малышев, К. А. Стабилизация аустенита при температурах выше интервала мартенситного превращения / К.А.Малышев, Н.А.Бородина, В. А.Мирмельштейн // ФММ. — 1956. — т. 2, вып. 2. — С. 272-284.

143. Серебренникова, Б.Г. О природе термической стабилизации аустенита / Б.Г.Серебренникова, М.Е.Блантер // МиТОМ. — 1972. — № 2. — С. 7-9.

144. Блантер, М.Е. Исследование термической стабилизации аустенита / Блантер М.Е. // МиТОМ. — 1972. — № 5. — С. 60.

145. Журавлёв, Л.Г. Стабилизация аустенита в сплавах с изотермической и атермической кинетикой мартенситного превращения / Л.Г.Журавлёв, М.М.Штейнберг, Ю.Б.Пейсахов // Известия вузов. Чёрная металлургия. — 1976.

— № 4. — С. 138-140.

146. Бородина, Н.А. Влияние углерода на стабилизацию аустенита в Fe-Cr-Ni сплавах / Н.А.Бородина, К.А.Малышев, В.А.Мирмельштейн // ФММ. — 1958.

— т. 6, вып. 5. — С. 937-938.

147. Криштал, М.А. Концентрация вакансий в сплавах железо-хром / М.А.Криштал // ФММ. — 1960. — т. 10, вып. 5— С. 720.

148. Голуб, С.Я. Структурное состояние мартенсита хромистых сталей / С.Я.Голуб, М.В.Карпец // ФММ. — 1987. — т. 64, вып. 4. — С. 775-783.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

За кр ыт ое а к циан ерн ое общ ест в о

Машиностроительный завод

«МЕТАБ»

45-НН1Н, г. Челябинск, ул. Аыодарожнаа. 1ÜA ИНН 74480?823Р/с 407038IQO7Z190OO1ZTÍ, К/с3010181 (>ТЙ)000(Ш02 EHK047S016WÍOTjttieiii[e N«597 Сб^бан** России ОАО Тел/фрне. (351} 7Ц.7ИЗ, 701-Jfi-tlfi email: mtl;ili a ya[nln\.ru WTVTV.meíab.ril

УТВЕРЖДАЮ

6 МЗ «МЕТАБ» Г.М. Пястолов __2014

АКТ

внедрения результатов д^осерТЩионной работы аспиранта кафедры «физичф$ое металловедение и физика твердого тела»

ЮУрГУ Соэыкиной Анны Сергеевны «Прогнозирование и исследование фазового составе и твердости износостойких высокохромистых сплавов железд с углеродом на основе термодинамики фазовых превращений и кинетических эффектов» Настоя шин акт составлен о том, что материалы диссертационной работы Созыкиной А. С- внедрены и и с пользуются при выборе износостойкого чугуна для Песковых насосов, производимых на ЗАО «МЕТАБ». Автор работы А.С. Соэыкинз на основе компьютерного моделирования равновесия аустенигной и карбидной фазы ((Cr,FebGi) разработала способ определения равновесных составов этик фаз. Далее моделируется процесс охлаждения отливок Песковых насосов, для которого учитывается образование мартенсита ниже температуры Мн. При этом на основе уравнения Койстинена-Марбургера устанавливается количество марте нет ¡та. Далее автор суммировала вклад ф изо вы л составляющих, что позволило прогнозировать уровень твердости. Поскольку химический состав фустенита ¡рассчитывается на основе решения термодинамических уравнений, а потому зависит от исходных составов чугунов, то варьирование химического состава позволяет в широких пределах измени] ь нрокадиваемость чугунов, о которой можно судить по диаграммам кинетики изотермического распада аустенига в сталях, имеющих такой же состав аустенша как И аустснит чугуна. Практическая цель данной работы заключалась в поиске составов износостойких легированных хромистых чугунов, которые при равной или более высокой износостойкости содержали бы меньшее количество дорогого и дефицитного никеля, чем используемый в настоящее время на ЗАО «МЕТАБ» 300Х2ЫН2, В итоге на основе разработанной методики автор предложила & чугунов, которые как видно из таблицы действительно обладают высокой твердостью.

Плавка

Химический состав, %

Твердость

ПРИЛОЖЕНИЕ Б